(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラントにおける制御流路に配設した弁装置と、弁装置を開閉駆動する電動モータと、その電動モータにより弁体を開閉移動する伝動機構と、伝動機構に連係して弁体の開閉に要する駆動力を電気的に検出する弁体駆動力検出センサを備える電動仕切弁において、
プラントにおける制御流路の、電動仕切弁を、実際に開弁状態から閉弁状態にする動作を行い、弁装置における弁開閉区間の弁開閉度に対応する弁体駆動力を弁体駆動力検出センサにより検出し、検出した弁体駆動力の中から、弁体を駆動するに要した最大の弁体駆動力を、現在の制御流路の圧力環境における当該電動仕切弁を開弁状態から閉弁状態にする動作を行なう場合の必要操作力ＦCとし、
このときの弁内圧Ｐ3C、弁前後の差圧ΔＰC、およびバルブ開度が大きく操作力が安定している区間において検出された、弁体駆動力ＦAと弁内圧Ｐ3Aとを用いて、下記の式（１）、（２）により、現在の開弁状態から閉弁状態にする動作を行なう場合における制御流路の圧力環境の基に、当該電動仕切弁において経時的に変動するパラメータであるパッキン摺動抵抗力ＦRと弁固有の係数ｋの現在値を求め、
このパラメータの現在値と、制御流路に想定される仮想的圧力環境における弁内圧Ｐ3Bと弁体の前後の差圧ΔＰBとを用いて、下記の式（３）により、設計操作力ＦBを算出し、この設計操作力ＦBが当該電動仕切弁において得られるか否かを判定することを特徴とするプラントにおける電動仕切弁の動作性能予測方法。
式（１）     ＦR ＝ＦA−ＦPA
但し、 ＦPA＝Ｄ×Ｐ3A
Ｄ：弁棒断面積
Ｐ3A：弁内圧
式（２）       ｋ＝ＦΔPC／ΔＰC
但し、ＦΔPC＝ＦC−ＦPC−ＦR
ＦPC＝Ｄ×Ｐ3C
ＦR＝ＦA−ＦPA
式（３）      ＦB＝（Ｄ×Ｐ3B）＋（ｋ×ΔＰB）＋ＦR
【請求項２】
弁体駆動力検出センサは、伝動機構において、弁棒に直結してウオームホイールに噛合するウオームの軸線方向移動に対応するトルク値を検出するトルクセンサである請求項１記載のプラントにおける電動仕切弁の動作性能予測方法。
【請求項３】
弁体駆動力検出センサは、伝動機構において、弁棒に直結して、弁棒に加わるスラスト値を検出するスラストセンサである請求項１記載のプラントにおける電動仕切弁の動作性能予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電所等のプラントにおける電動仕切弁の動作性能予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所等のプラント施設には、弁装置とそれを開閉駆動する動力部を一体化した電動弁が、数多く使用されている。
【０００３】
この電動弁における弁駆動部の操作力は、弁開閉に必要な操作力より、常に上回っていることを、保証しなければならない。
【０００４】
特に、原子力発電所等の緊急隔離や緊急開放の役割をもつ安全系の電動弁は、プラントに実装した後は、非常時の流体条件を満たす条件のもとに、実稼動試験をすることが不可能な電動弁である。
【０００５】
従来、電動弁を非常時に確実に動作させるための条件として、隔離弁においては、全開状態にある弁を全閉状態に閉じるための操作力を、また、開放弁においては、全閉状態にある弁を全開状態に開くための操作力を、緊急時の流体条件を最大とした設計条件に基づいて、弁の構造形式に対応した計算式により計算される値とされている。
【０００６】
即ち、電動弁における弁操作に必要となるトルクは、弁の詳細な形状データと流体圧力条件、及び可動部の摩擦係数等の多くの不確定な係数を用いた演算により算出されている。
【０００７】
このための計算式には、従来から周知の火力発電等の一般火力用弁（非特許文献１の７８頁に記載されている）に採用されている一般火力用弁モデルにおけるものと、非特許文献１の７８、７９頁に記載されている、原子力用弁において、開時の引抜き力を考慮した、原子力用弁モデルにおけるものとがあるが、それらは互いに、若干相違している。
【０００８】
＊＊一般火力用弁モデル＊＊
開弁状態から閉弁状態にする動作過程時の操作力Ｆ及びこの操作力Ｆのうち最大の必要操作力Ｆc
ＦまたはＦc＝Ｆ1+Ｆ2+Ｆ3                    ……(Ic)
Ｆ1  ：弁体・弁座面の摺動抵抗力（非特許文献１ではＴ1）
Ｆ2  ：弁棒押上力（非特許文献１ではＴ3）
Ｆ3  ：パッキン摺動抵抗力（非特許文献１ではＴ4）
閉弁状態から開弁状態にする動作過程時の最大の操作力である必要操作力Ｆo
非特許文献１においては省略されているが、従来の汎用の一般火力用弁においては、開弁状態から閉弁状態にする動作過程時の必要操作力Ｆcの１．２倍を、閉弁状態から開弁状態にする動作過程時の必要操作力としているのが通常である。
Ｆo＝Ｆc×1.2                                     ……(Io)
【０００９】
一方、非特許文献１には、閉弁状態から開弁状態にする動作過程時において、弁体を弁座から引き抜くトルクを考慮した、原子力用弁モデルが記載されている。
＊＊原子力用弁モデル＊＊
閉弁状態から開弁状態にする動作過程時の必要操作力Ｆo
Ｆo＝max(Ｆ1、Ｆ4)−Ｆ2＋Ｆ3＋Ｆ5＋Ｆ6             ……(IIo)
Ｆ4  ：モータの慣性による弁体の食い込み抵抗力
（非特許文献１ではＴ2）
Ｆ5  ：弁棒が熱膨張することによる弁体の食い込み抵抗力
（非特許文献１ではＴ5）
Ｆ6  ：弁箱内に圧力がこもることによる抵抗力
（非特許文献１ではＴ6）
【００１０】
図１１は、弁の構造形式を仕切弁とした模式図であり、操作力の算出は、以下のような計算式に基づいて行われる。
【００１１】
仕切弁０１における弁体０２は、流路０３における流入口０４と流出口０５の間に、弁箱０６の中で、流路０３に直交して上下する弁棒０７に連動して、流路０３を全閉したり全開したりする。
【００１２】
弁棒０７は、弁箱０６と弁棒０７の摺動部をシールするグランドパッキン０８に摺接して上下し、弁棒０７の上下移動に際して、弁棒０７に生じる摩擦抵抗Ｒにより、パッキン摺動抵抗力ＦR（＝パッキン摺動抵抗力Ｆ3）を生じている。
【００１３】
（削除）
【００１４】
また、弁棒０７には、開弁状態のとき弁箱０６に加わる弁内圧Ｐ3と、弁棒０７の断面積Ｄに応じて、弁箱０６の中から外に向かう推力ＦP（＝弁棒押上力Ｆ2）が生じている。
【００１５】
さらに、弁体０２には、弁体０２の構造に固有の係数ｋと、弁体前後の差圧ΔＰに応じて、弁体０２を動かすのに要する駆動力ＦΔP（＝弁体・弁座面の摺動抵抗力Ｆ1）が生じている。
【００１６】
なお、弁固有の差圧に対する係数ｋは、弁座当り面の外径ｄ2と、弁座シート面０９の摩擦係数μとに関連するので、その係数ｋは、弁座当り面の面積Ｄ2と摩擦係数μの積で表される。
ｋ＝Ｄ2×μ
【００１７】
よって、駆動力ＦΔPは、係数ｋと弁差圧ΔＰの積で表される。
ＦΔP＝ｋ×ΔＰ
【００１８】
仕切弁０１を開弁状態から閉弁状態にする動作過程時の必要操作力Ｆcは、上記弁棒０７の摩擦抵抗Ｒに係るパッキン摺動抵抗力ＦRに抗する成分と、弁棒０７に弁棒押上力を生じる弁内圧Ｐ3に係る推力ＦPに抗する成分と、弁体０２を動かす弁体前後の差圧ΔＰに係る駆動力ＦΔPに抗する成分の合計で表される。
Ｆc＝ＦR＋ＦP＋ＦΔP          …………………………（１C）
【００１９】
◎ＦΔP＝Ｆ1：弁体・弁座面の摺動抵抗力
ＦΔP＝π／４×ｄ22×ΔＰ×μ＝ｋ×ΔＰ
ここで、ｄ2  ：弁座当り面外径
ΔＰ ：弁差圧
μ   ：シート面の摩擦係数
【００２０】
◎ＦP＝Ｆ2：弁棒押上力
弁捧０７は、弁内圧Ｐ3によって、弁箱０６の内部から大気に押し出されるピストンの如き推力としての弁棒押上力を受ける。ＦPは、この弁棒押上力に打ち勝って押し込むための加重である。
Ｆ2＝（π／４）×ｄ12×Ｐ3＝Ｄ×Ｐ3
ここで、ｄ1  ：弁棒径
Ｐ3  ：弁内圧
Ｄ   ：弁棒断面積
【００２１】
◎ＦR＝Ｆ3：パッキン摺動抵抗力
なお、グランドパッキン０８の摺動抵抗力ＦRの計算式は、次のようになる。
ＦR＝Ｒ×π×ｄ1×Ｎ×ｈ×Ｐ0
ここで、Ｒ    ：グランドパッキンの摩擦係数
ｄ1   ：弁棒径
Ｎ    ：パッキン有効リング数
(圧縮後の相当リング数)
ｈ    ：パッキン1リング高さ
Ｐ0   ：パッキン締付面圧
【００２２】
従来弁を開弁状態から閉弁状態にする動作過程においては、上記式（１C）に、プラント実装時の非常時に想定し得る最大の条件（以下設計条件と称する）における、弁内圧Ｐ3Bと弁差圧ΔＰBを当てはめて、その際の必要操作力ＦCを、非常時設計値における必要操作力ＦBとして求め、その必要操作力ＦBを上回るように、パッキン摺動抵抗力ＦRや駆動力ＦΔPにおける各部固有の係数や、パラメータ、および電動モータの出力トルク等を定めている。
【００２３】
（削除）
【００２４】
（削除）
【００２５】
（削除）
【００２６】
（削除）
【００２７】
（削除）
【００２８】
【非特許文献１】原子力用バルブ    著者  原子力用バルブ編纂委員会  昭和６０年１０月３０日初版
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
上述の機能を有する電動弁においては、運転による損耗や経年劣化により、弁部の状態は常に変化するとともに、弁部の内部ロスが増大し、必要操作力が増加していく状況においても、実装したままで実稼動試験することが出来ない流体条件の下では、緊急時に、電動弁の有する操作力（以下実効操作力とする）が、緊急時の流体条件の下で必要とされる設計上の操作力（以下設計操作力とする）を、常に上回っていることを保証する必要がある。
【００３０】
本発明は、実際に作り出すことが可能な流体条件における測定トルクから、実稼動試験することが出来ない流体条件における必要トルクを正確に予測して、その流体条件における操作力の裕度（または安全率）を把握し、裕度が不足している場合には、警告を発する方法を、提供するものである。
【００３１】
既に述べた通り、使用状況により、様々な程度の損耗や劣化が弁に生ずるので、従来は、個々の弁について、時々刻々変化する必要操作力を正確に把握することは不可能であった。
【００３２】
（削除）
【００３３】
本発明は、従来の技術が有する上記のような問題点に鑑みなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
本発明によると、上記課題は、次のようにして解決される。
【００３５】
（１）  プラントにおける制御流路に配設した弁装置と、弁装置を開閉駆動する電動モータと、その電動モータにより弁体を開閉移動する伝動機構と、伝動機構に連係して弁体の開閉に要する駆動力を電気的に検出する弁体駆動力検出センサを備える電動仕切弁において、
プラントにおける制御流路の、電動仕切弁を、実際に開弁状態から閉弁状態にする動作を行い、弁装置における弁開閉区間の弁開閉度に対応する弁体駆動力を弁体駆動力検出センサにより検出し、検出した弁体駆動力の中から、弁体を駆動するに要した最大の弁体駆動力を、現在の制御流路の圧力環境における当該電動仕切弁を開弁状態から閉弁状態にする動作を行なう場合の必要操作力ＦCとし、
このときの弁内圧Ｐ3C、弁前後の差圧ΔＰC、およびバルブ開度が大きく操作力が安定している区間において検出された、弁体駆動力ＦAと弁内圧Ｐ3Aとを用いて、下記の式（１）、（２）により、現在の開弁状態から閉弁状態にする動作を行なう場合における制御流路の圧力環境の基に、当該電動仕切弁において経時的に変動するパラメータであるパッキン摺動抵抗力ＦRと弁固有の係数ｋの現在値を求め、
このパラメータの現在値と、制御流路に想定される仮想的圧力環境における弁内圧Ｐ3Bと弁体の前後の差圧ΔＰBとを用いて、下記の式（３）により、設計操作力ＦBを算出し、この設計操作力ＦBが当該電動仕切弁において得られるか否かを判定する。
式（１）     ＦR ＝ＦA−ＦPA
但し、 ＦPA＝Ｄ×Ｐ3A
Ｄ：弁棒断面積
Ｐ3A：弁内圧
式（２）       ｋ＝ＦΔPC／ΔＰC
但し、ＦΔPC＝ＦC−ＦPC−ＦR
ＦPC＝Ｄ×Ｐ3C
ＦR＝ＦA−ＦPA
式（３）      ＦB＝（Ｄ×Ｐ3B）＋（ｋ×ΔＰB）＋ＦR
【００３６】
（削除）
【００３７】
（２）  上記（１）項において、弁体駆動力検出センサは、伝動機構において、弁棒に直結たウオームホイールに噛合してウオームの軸線方向移動に対応するトルク値を検出するトルクセンサである。
【００３８】
（３）  上記（１）項において、弁体駆動力検出センサは、伝動機構において、弁棒に直結して、弁棒に加わるスラスト値を検出するスラストセンサである。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によると、次のような効果を奏することができる。
請求項１記載の発明によると、電動仕切弁における実稼働状態において、弁装置の構造に係る各変動パラメータを、弁体駆動力検出センサの検出値から、それぞれに変動パラメータの現在値として求めて、その各パラメータを、弁装置駆動に所要される必要操作力を求める計算式に当てはめて、当該電動仕切弁が設計操作力を発揮しうるかどうかを、容易に判定することができる。
【００４０】
（削除）
【００４１】
請求項２記載の発明によると、弁体駆動力が適確に検出され電動仕切弁の将来の動作状態を良好に予測することができる。
【００４２】
請求項３記載の発明によると、弁体を直接駆動するスラスト力を直接測定することにより、トルクを操作力に変換するステムファクタを考慮しないですむので、演算処理やデータベースの構造を簡単にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明方法の一実施要領を示す図面に基づいて説明する。
図１〜図３は、本発明方法を具体的に適用する電動仕切弁の一例を示すものである。
図１は、弁形式を仕切弁とした電動仕切弁の要部を切欠して示す正面図である。
図２は、図１に示す電動仕切弁の分解斜視図を示すものである。
図３は、図２に示す、トルクセンサの拡大縦断面図を示すものである。
【００４４】
図１に示す如く、電動仕切弁１は、プラントにおける制御流路２中に装着した弁装置３と、この弁装置３における弁体４を、制御流路２内に位置する弁座２ａに対して開閉駆動する電動モータ５を備えている。なお、弁装置３は、仕切弁とする。
【００４５】
図２に示す如く、電動仕切弁１は、電動モータ５により、弁装置３を、開閉駆動する伝動機構６と、その伝動機構６に連係され、弁体４の開閉駆動に要する駆動力を電気的に検出する弁体駆動力検出センサ（トルクセンサ）７を備えている。
【００４６】
伝動機構６は、弁装置３における弁体４に連係されているステム８と、そのステム８の上端のステムネジ９に螺合して、ステム８を、弁箱３ａから上下方向に出し入れ駆動するステムナット１０と、ステムナット１０に嵌合固定され、ステムナット１０と一体に回転するウオームホイール１１と、ウオームホイール１１に噛合されて、ウオームホイール１１を回転させるウオーム１２と、ウオーム１２と一体をなすウオーム軸１３を、電動モータ５の出力軸１４に連結して、電動モータ５により、ウオーム軸１３を回転駆動させる歯車１５、１６とからなってている。
【００４７】
ウオーム軸１３の回転量は、ウオーム１２と歯車１５の間に設けた減速歯車手段１７を介して、弁体４の開閉方向についてそれぞれに測られ、弁全閉検出リミットスイッチ１８と、弁全開検出リミットスイッチ１９を作動させるようになっている。
【００４８】
ウオーム１２と一体をなすウオーム軸１３は、電動モータ５により駆動される歯車１５と一体をなす軸２０に対して、回転不能かつ軸線方向に摺動自在に結合されている。
【００４９】
図３に示す如く、ウオーム軸１３の軸端２１を、トルクバネ軸２２における対向する軸端２３に設けた拡径軸２４の内腔２５に、スラストラジアル軸受２６を介して、軸線方向には、互いに移動不可能に、かつ回転方向には、互いに回転自在に連結してある。
【００５０】
トルクバネ軸２２の拡径軸２４側の端部には、鍔２７を設けて、拡径軸２４の端部と連結してあり、拡径軸２４とトルクバネ軸２２は、一体構造になっている。
【００５１】
拡径軸２４とトルクバネ軸２２が繋がっている根本の連結段部２８には、ドーナツ板状をなすバネ押し板２９が、その内孔２９ａを、トルクバネ軸２２に緩く嵌合して設けられ、そのバネ押し板２９の軸線方向一端面（図３において左側）は、拡径軸２４の根本の端面に当接し、他面（図３において右側）は、トルクバネ軸２２に内孔を緩く嵌合させて複数枚の板バネ３０を重ねてなるトルクバネ３１の内側端部（図３において左側）を当接してある。
【００５２】
トルクバネ３１の外側端部（図３において右側）には、トルクバネ軸２２に内孔３２ａを緩く嵌合したバネ押し板３２が当接し、そのバネ押し板３２の外側面（図３において右側）は、トルクバネ軸２２の先端に螺合した予圧ナット３３により押圧され、トルクバネ３１に予圧を掛けてある。
【００５３】
なお、内側のバネ押し板２９の内側面は、伝動機構ハウジングの壁面３４に当接して、壁面３４より内側には移動不可能となっている。
【００５４】
また、外側のバネ押し板３２の外側面は、伝動機構ハウジングに固定した押さえ板３５に当接して、押さえ板３５より外側には移動不可能となっている。
【００５５】
これにより、ウオーム軸１３が図３における左右方向へ動くときには、内側のバネ押し板２９がトルクバネ３１を押圧して外側に移動し、拡径軸２４とトルクバネ軸２２は、ウオーム軸１３とともに外側に移動する。
【００５６】
ウオーム軸１３が左方へ動くときには、外側のバネ押し板３２がトルクバネ３１を押圧して、拡径軸２４とトルクバネ軸２２は、ウオーム軸１３とともに、内側方に移動する。
【００５７】
この際、拡径軸２４の動きは、その拡径軸２４の外周に螺刻したネジ条３６と噛合するピニオン３７に伝達され、図２に示すトルクリミットスイッチ３８を動作させる。
【００５８】
なお、ウオーム１２と、ウオーム軸１３と、トルクバネ３１によるトルクリミットスイッチ３８の動作は、周知の機械式トルク検出手段であるので、その詳細な説明は省略する。
【００５９】
上記伝動機構６を介して、電動モータ５により弁体４を駆動するとき、弁体４の移動を阻止する力が働くと、その反力として、ウオーム１２には、軸線方向の移動力が働く。
【００６０】
ウオーム１２を移動させる力は、トルクバネ３１を圧縮しつつ、ウオーム軸１３と、それと軸線方向に一体に連結しているトルクバネ軸２２を移動させる。
【００６１】
トルクバネ軸２２の内端には、拡径軸２４が設けられ、この拡径軸２４の軸線方向の移動は、ピニオン３７で検出され、トルクリミットスイッチ３８を動作させる。
【００６２】
本発明においては、上記ウオーム１２とトルクバネ３１との間に働く力を、トルク値として電気的に検出する。
【００６３】
トルクバネ軸２２と拡径軸２４を連結している鍔２７には、鍔部２７の外周方向への歪みを検出する歪み検出センサ３９が設けられている。なお、このトルクを電気的に検出する歪み検知器４０、すなわちトルクセンサは、公知の弁体駆動力検出センサをなしている。
【００６４】
図１において、電動モータ５へ電力を供給する動力線４１には、電動モータ５の駆動電流を検出するクランプ型の電流計４２が装着されている。
【００６５】
この電流計４２は、前記ウオーム軸１３に連結されている弁体４の全開、全閉を検出するリミットスイッチ１８、１９とは別途に、弁体４の開閉移動における開閉度合いの全開位置及び全閉位置を検出する弁体位置検出手段４３における、開度検出センサーをなしている。
【００６６】
本発明は、通常の稼動運転及び試験運転のいずれにおいても、弁体４の開閉時において、前記弁体位置検出手段４３によって得られる弁体４の開度に対応する特定位置における、トルクセンサ７が検出した弁体の駆動力に基づいて、当該電動仕切弁１の以後の動作機会において、設計操作力が得られるか否かを予想するものである。
【００６７】
そのため、本発明においては、電動仕切弁１を全開状態から全閉状態にする動作過程において、弁開度に応じて得られる駆動力Ｆの中から最大の駆動力を検出して、これを必要操作力Ｆcとし、この必要操作力Ｆcが得られた弁開度のときの弁内圧Ｐ3C及び差圧ΔＰCを測定する。
【００６８】
従来一般的に制御流路２に設置されている静圧計により、弁箱３ａと大気圧の間の流体圧力即ち弁内圧Ｐ3と、制御流路２における弁体４を挟んだ全閉止状態の差圧ΔＰを、電動仕切弁１の作動時に計測する。
【００６９】
（削除）
【００７０】
前記の如く、開弁状態から閉弁状態にする動作過程時の必要操作力ＦCは、弁体前後の流体の差圧ΔＰに係る駆動力成分ＦΔPと、流体の圧力の弁内圧Ｐ3に比例する、弁棒を弁箱から押し出す推力成分ＦPと、流体の状態とは無関係な摩擦抵抗Ｒ等による摺動抵抗力成分ＦRとからなることは知られている。
【００７１】
このうち、流体圧力の弁内圧Ｐ3に比例する駆動力成分ＦPの大きさは、弁の一部の構成部品の形状と弁内圧Ｐ3で定まる。即ち、弁形式によって定まる。
【００７２】
次に、弁体４の弁閉操作力を算出する要領を示す一般的な計算式を示す。
【００７３】
◎  開弁状態から閉弁状態にする動作過程時の必要操作力ＦC
開弁状態から閉弁状態にする動作過程時の操作力ＦCは、前述の如く、弁内圧Ｐ3に依存する駆動力ＦPと、差圧ΔＰに依存する弁体・弁座面の摺動抵抗力ＦΔPと、流体圧力Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3に依存しないパッキン摺動抵抗力ＦRによって定まる。
ＦC＝ＦP＋ＦΔP＋ＦR ……（１）
【００７４】
◎  弁内圧Ｐ3によって生じる推力ＦP
推力ＦPは、既知の弁棒断面積Ｄと弁内圧Ｐ3の積として算出できる。
ＦP＝Ｄ×Ｐ3                                    ……（２）
なお、弁棒押上力たる推力Ｆpは、弁箱内の弁内圧Ｐ3よりも弁箱外（大気圧）の方が圧力が低いので、弁棒を弁箱外に押し出す方向に推力が働き、閉弁状態から開弁状態にする動作過程時には、弁棒に操作力を加える方向と推力が働く方向と同じになるので、負荷を駆動する動力側から見た符号は−となり、弁を閉じる開弁状態から閉弁状態にする動作過程時には、同符号は＋となる。
【００７５】
◎  差圧ΔＰによって生じる駆動力ＦΔP
駆動力ＦΔPは、差圧ΔＰと弁固有の差圧に対する係数ｋの積として算出できる。
ＦΔP＝ｋ×ΔＰ                                  ……（３）
【００７６】
◎  流体の圧力に無関係な摩擦抵抗Ｒによるパッキン摺動抵抗力ＦR
弁を開弁状態から閉弁状態にする動作過程において、弁開度が大きく操作力が安定している区間は、入口と出口の流体圧力Ｐ1とＰ2に差がなく、差圧ΔＰは零と見なすことができるため、その差圧ΔＰにより発生する抵抗力が無視できる領域で、この部分では弁体による差圧の影響はないと考えられる。
これにより、差圧ΔＰ＝０を前記式（３）に当てはめると、ＦΔP＝０となる。
この操作力が安定している区間に検出された操作力ＦAを、前記式（１）に当てはめる。
ＦA＝ＦPA＋ＦR                                  ……（４）
ただし、ΔＰ＝０よって、ＦΔP＝０
また、ＦPAは、弁棒断面積Ｄと、操作力が安定している区間で操作力ＦAを検出したときの弁内圧Ｐ3Aを、前記式（２）に当てはめる。
ＦPA＝Ｄ×Ｐ3A
よって  ＦRは、弁を開弁状態から閉弁状態にする動作過程において弁棒が弁箱に挿入するとき
ＦR＝ＦA−ＦPA                                  ……（４ａ）
として求めることができる。
【実施例１】
【００７７】
以下本発明を、仕切弁装置に適用した場合について説明する。
図４〜図７は、図１〜図３に示す弁装置３の弁形式を仕切弁とした、電動仕切弁１における弁開閉状態のタイムチャートを示す。
【００７８】
図４は、全開状態の弁装置３を、全閉状態に至らしめる時のトルクセンサ７が出力するトルク信号Ｔgと、電流計４２によるモータ電流Ｉmのタイムチャートを示す。
【００７９】
図５は、図４における弁体４が弁座２ａに着座している弁体開度０％（全閉部）付近の拡大図である。
【００８０】
図６は、全閉状態の弁装置３を、全開状態とする時のトルクセンサ７が出力するトルク信号Ｔgと、電流計４２によるモータ電流Ｉmのタイムチャートを示す。
なお、トルク信号Ｔg、及びびその信号から計測される各トルクの値とは、前記式（１）の操作力Ｆとの間に、Ｆ＝Ｔg×Ｓf（Ｓfは、後述するステムファクタ）とする一定の比例関係が成立しているので、以下の各タイムチャートに基づく説明においては、トルク値を使用する。
【００８１】
図７は、図６における弁体４が弁座２ａに着座している弁体開度０％（全閉部）付近の拡大図である。
【００８２】
仕切弁においては、式（１C）の操作力ＦCは、弁内圧Ｐ3と差圧ΔＰにより定まることは、弁形式から予め知ることが出来るので、差圧ΔＰが、最も大となる弁開度０％の全閉時付近の、トルク特性に注目して測定する。
【００８３】
図５は、弁を閉じるとき、図７は、弁を開くときの、それぞれの弁開度０％付近のトルク特性を拡大して示している。
【００８４】
図４に示す弁装置３を閉じる時には、次のように各必要データを測定する。
【００８５】
（ａ）設定トルクＴSの測定。
採取したデータより、トルクリミットスイッチ３８が動作してモータ電流を遮断した時点における、トルクリミットスイッチ３８に予め設定された設定トルクＴSの値を読み取る。
【００８６】
（ｂ）駆動部が出しうる仮想的最大の操作力Ｆmaxを、予め設定して、それを求めるための、各パラメータを準備する。
予め、初期データとして、次のものがデータベースに登録してある。
Ｔm  ：定格電圧におけるモータ出力トルク
Ｔmd  ：電圧降下時におけるモータ出力トルク
ＧR  ：減速比
Ｅ  ：効率
Ｓf  ：ステムファクター
【００８７】
（ｃ）パッキン摺動抵抗力ＦRを、トルク波形の運転トルクから求める。
弁が閉じ始める開度１００％付近で操作力が安定している部分（図４において左側で過渡的変化が過ぎた部分）には、弁体４による差圧ΔＰAの影響がない（Δｐ＝０）と考えられるので、かつ仕切弁が閉じるときには、弁棒が弁箱に挿入されることから、パッキン摺動抵抗力ＦRは、式（４ａ）から、ＦR＝ＦA−ＦPAとして求められる。
【００８８】
（ｄ）弁装置３を閉じる時の必要操作力ＦCを求める。
差圧の影響が大きく、最も大きな操作力ＦCが必要となる点、図５における弁体が着座して、トルク特性が直線的に増大する直前の値を、このときの必要操作力ＦCとして波形から読みとり、この値を必要操作力ＦCとして、式（１C）に当て嵌める。
ＦC＝ＦPC＋ＦΔPC＋ＦR          ……（１ａ）
と表せる。
【００８９】
（ｅ）駆動力ＦΔPCを求める。
弁装置３を閉じる時に最も大きな操作力Ｆｃが必要となる時点における弁内圧をＰ3C（別途測定されている）とすると
ＦPC＝Ｐ3C×Ｄ
この時点でＦC、ＦPC、ＦRは求められているので
ＦΔPCは、
ＦΔPC＝ＦC−ＦPC−ＦR            ……（３ａ）
として求めることができる。
【００９０】
（ｆ）設計操作力ＦBを求める。
制御流路に想定される仮想的圧力環境における弁内圧Ｐ3B、差圧ΔＰB時に、弁を確実に作動させるために必須な設計操作力ＦBを、式（１ｂ）から算出する。
ＦB＝（Ｄ×Ｐ3B）＋（ｋ×ΔＰB）＋ＦR          ……（１ｂ）
【００９１】
（ｇ）弁固有の差圧に対する係数ｋを求める。
弁固有の差圧に対する係数ｋは、前記式（３）よりｋ＝ＦΔPC／ΔＰCとなる。
【００９２】
（ｈ）最大の操作力Ｆmaxを求める。
駆動部が発生できる最大の操作力Ｆmaxは、前記準備した各パラメータから
Ｆmax＝Ｔm×ＧR×Ｅ×Ｓf        ……（５）
よって、仮想的に求められる最大出力トルクＴmaxは、前記比例関係式から、
Ｔmax＝Ｆmax／Ｓf
として求めることが出来る。
【００９３】
なお、交流モータに供給される電圧の低下が予想される場合には、定格電圧におけるモータ出力トルクＴmではなく、電圧降下時のモータ出力トルクＴmdを用いて、次のように算出する。
Ｔmd＝Ｔm×（降下時の電圧／定格電圧）2      ……（６）
【００９４】
（ｉ）次に判定をする。
前記（ａ）において測定した設定トルクＴs、前記（ｆ）において求めた設計操作力ＦB、（ｈ）において求めた駆動部の最大操作力Ｆmaxから、駆動部余裕度Ｙａ＝Ｆmax−ＴS、機構部余裕度Ｙｂ＝ＴS−ＦBとして、数値化して求め、設計値を条件としてその条件下において、電動仕切弁１が設計操作力を得られるか否かを判定する。
【００９５】
（削除）
【００９６】
（削除）
【００９７】
（削除）
【００９８】
（削除）
【００９９】
（削除）
【０１００】
（削除）
【０１０１】
（削除）
【０１０２】
（削除）
【０１０３】
（削除）
【０１０４】
（削除）
【０１０５】
（削除）
【０１０６】
（削除）
【０１０７】
（削除）
【０１０８】
（削除）
【０１０９】
（削除）
【０１１０】
（削除）
【０１１１】
（削除）
【０１１２】
（削除）
【実施例２】
【０１１３】
図８から図１０は、図２における電動仕切弁１の弁体駆動力検出センサ（トルクセンサ）７を、ステム８の直上に設けたスラストセンサ７Ａに代えて、式（１C）の操作力ＦCを計測する、別の実施例を示す。
【０１１４】
図８は、電動仕切弁１におけるステム８の上端部の縦断を示し、電動仕切弁１のケーシング１ａに、スラストラジアル軸受１ｂを介して回転自在に枢支されたウオームホイール１１と一体的に結合されているドライブスリーブ４４が設けられている。
【０１１５】
ドライブスリーブ４４の軸芯には、上下に貫通する通孔４５が設けられ、その通孔４５の下端部は、ステム８より若干大径の通孔４５ａをなし、中央部は、その通孔４５ａより内径を大とし、内面にスプライン溝を刻設したスプライン孔４５ｂをなし、かつ上端部は、スプライン孔４５ｂの溝部の外径より大径のネジ径をもつ雌ネジ４５ｃとしてある。
【０１１６】
中央のスプライン孔４５ｂには、軸芯部に上下に貫通して設けた内孔に、ステム８の雄ネジ８ａに螺合する雌ネジ１０ａを螺設したステムナット１０Ａを備えている。
【０１１７】
ステムナット１０Ａは、スプライン孔４５ｂの内径よりも小径で、ドライブスリーブ４４の下端通孔４５ａの上端縮径段部４５ｄに、下面が当接係合する縮径段部４６を、下端に備え、その縮径段部４６の上方に、外径部をスプライン孔４５ｂに係合するスプライン軸４７を備え、かつスプライン軸４７の上端は、スプライン孔４５ｂの上端より若干上方に突出されてある。
【０１１８】
ドライブスリーブ４４における上方の雌ネジ４５ｃには、ステムナット１０Ａの上端面に下端面を当接して、ステムナット１０Ａの上方移動を係止するロックナット４８の拡径雄ネジ４８ａが螺合している。
【０１１９】
ロックナット４８は、ステム８の径より大径の通孔４８ｂを備え、ステムナット１０Ａの上方において、上下に移動するステム８に挿通されている。
【０１２０】
ロックナット４８における拡径雄ネジ４８ａより上方には、雄ネジ４８ａの外径より小径の外径を有する筒部４８ｃが突出しており、その筒部４８ｃの中央部には、拡径雄ネジ４８ａのネジ勾配とは逆勾配の逆雄ネジ４８ｄが螺設されている。
【０１２１】
逆雄ネジ４８ｄには、その逆雄ネジ４８ｄのネジ勾配に合致する勾配の逆雌ネジ４９ａを備えた締付けナット４９が螺合し、締付けナット４９は、その外周部をドライブスリーブ４４の上端４４ｅに当接しうる外径をなしている。
【０１２２】
締付けナット４９の上面には、締付け治具などを係合する、複数の突起４９ｂが設けられている。
また、ロックナット４８の上方には、これを回転させるためのハンドルを係合する孔４８ｅが設けられている。
【０１２３】
ロックナット４８の拡径雄ネジ４８ａの下方であって、ステムナット１０Aの上端面に当接する下端面より少し上方には、通孔４８ｂとの肉厚を薄くするための軸芯と同心の円周溝４８ｆが設けられている。
【０１２４】
ステムナット４８に設けた円周溝４８ｆには、適数の歪みセンサ５０を設けて、弁体駆動力検出センサ７Ａが構成されている。
【０１２５】
ステムナット１０Ａは、ロックナット４８を下方にねじ込むことにより、ドライブスリーブ４４における通孔４５中央部のスプライン孔４５ｂにおいて、軸線方向に挾持されている。
【０１２６】
その際の挾持圧力は、弁体駆動力検出センサ７Ａによって計測され、ステム８にスラスト力が加わらないとき、スラスト力零に校正される。スラスト力の実効値とスラスト信号Ｓgの検出値は、予め校正されている。
【０１２７】
ステムナット１０Ａに、予め予圧を加えた状態で、締付けナット４９を、ロックナット４８を上方に引きあげる方向に回転させて、ロックナット４８をドライブスリーブ４４の上端に押圧して固定する。
【０１２８】
ロックナット４８は、ドライブスリーブ４４の螺合部と、締付けナット４９の螺合部のネジ勾配を逆にしてあるので、ロックナット４８のドライブスリーブ４４における位置は、容易に変動することはない。
【０１２９】
ドライブスリーブ４４が、ウオームホイール１１の回転に伴ってステム８を下方へ送ると、この際にステム８に加わるスラストＦの反力が、ステムナット１０Ａとロックナット４８の当接部に作用する。ステムナット１０Ａの上方移動は自由であり、ロックナット４８は固定状態にあるので、ステムナット１０Ａにおける圧力は、円周溝４８ｆに掛り、歪みセンサ５０を歪ませて、弁体駆動力検出センサ７Ａにスラスト信号Ｓgを出力する。
【０１３０】
図９は、図４と同様に、電動仕切弁１が全開から全閉に至る間に、上記スラストセンサ７Ａが出力するスラスト信号Ｓgと、電流計４２によるモータ電流Ｉmのタイムチャートである。
【０１３１】
図１０は、図９における弁体４が弁座２ａに着座する弁体開度０％（全閉部）付近の拡大図である。
【０１３２】
なお、スラスト信号Ｓgは、弁体４を閉じる時に要する操作力Ｆと同一次元で、同一の力を表す（Ｓg＝Ｆ）ので、以下スラスト力を記号Ｆで示す。
【０１３３】
図９と図１０は、図４と図５の内容と同様に、トルクをスラストに置きかえたものである。
この実施例に示すように、弁体４を直接駆動するスラスト力を直接測定すると、トルクを操作力に変換するステムファクタＳfを考慮しなくて済むので、演算処理やデータベースの構造を簡単にすることができる。
【０１３４】
（削除）
【０１３５】
（削除）
【０１３６】
（削除）
【０１３７】
（削除）
【０１３８】
そのため本発明においては、電動仕切弁の作動時に、現実の必要操作力ＦCを実測して求め、その値から、その作動状況における、差圧ΔＰCに比例して弁体を駆動する駆動力成分ＦΔPCと、流体の圧力Ｐ3Cに比例して弁棒を弁箱から押し出す推力成分ＦPCと、流体の状態に無関係な摩擦抵抗Ｒ等による摺動抵抗力成分ＦRを求め、それらの算出値から、最も苛酷な状況において所要される設計上の必要操作力ＦBを算出して、電動仕切弁１に予め設定された、モータの駆動を停止する限動設定器の設定トルクＴｓおよびＦmaxと比較し、駆動部余裕度Ｙａと機構部余裕度Ｙｂを求めている。
【０１３９】
（削除）
【０１４０】
（削除）
【０１４１】
（削除）
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】弁形式を仕切弁とした本発明の一実施形態の電動仕切弁の要部を切欠して示す正面図である。
【図２】図１に示す電動仕切弁の分解斜視図である。
【図３】図２に示す、トルクセンサの拡大縦断面図である
【図４】仕切弁装置による電動仕切弁を、全開状態から全閉状態に至る時のトルクセンサが出力するトルク信号と、電流計によるモータ電流のタイムチャートである。
【図５】図４における弁体が弁座に着座している弁体開度０％（全閉部）付近を、拡大図して示す、トルクセンサと電流センサのタイムチャートである。
【図６】仕切弁装置による電動仕切弁を、全閉状態から全開状態に至る時のトルクセンサが出力するトルク信号と、電流計によるモータ電流のタイムチャートである。
【図７】図６における弁体が弁座に着座している弁体開度０％（全閉部）附近を、拡大図して示す、トルクセンサと電流センサのタイムチャートである。
【図８】電動仕切弁の弁体駆動力検出センサを、ステムの直上に設けたスラストセンサに代えた別の実施例を示す、ステムの上端部の縦断面図である。
【図９】図８に示すスラストセンサを備える仕切弁装置による電動仕切弁を、全開状態から全閉状態とする時のスラストセンサが出力するスラスト信号と、電流計によるモータ電流のタイムチャートである。
【図１０】図９における弁体が弁座に着座している弁体開度０％（全閉部）付近を、拡大図して示す、スラストセンサと電流センサのタイムチャートである。
【図１１】従来の操作力の算出方法説明するための、仕切弁の縦断面を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１４３】
１        電動仕切弁
２        制御流路
３        弁装置
３ａ      弁箱
４        弁体
５        電動モータ
６        伝動機構
７        弁体駆動力検出センサ（トルクセンサ）
７Ａ      弁体駆動力検出センサ（スラストセンサ）
８        ステム（弁棒）
８ａ      雄ネジ
９        ステムネジ
１０      ステムナット
１０Ａ    ステムナット
１１      ウオームホイール
１２      ウオーム
１３      ウオーム軸
１４      出力軸
１５      歯車
１６      歯車
１７      減速歯車手段
１８      弁全閉検出リミットスイッチ
１９      弁全開検出リミットスイッチ
２０      軸
２１      軸端
２２      トルクバネ軸
２３      対向軸端
２４      拡径軸
２５      内腔
２６      スラストラジアル軸受
２７      鍔
２８      外側段部
２９      バネ押し板
３０      板バネ
３１      トルクバネ
３２      バネ押し板
３３      予圧ナット
３４      壁面
３５      押さえ板
３６      ネジ条
３７      ピニオン
３８      トルクリミットスイッチ
３９      歪み検出センサ
４０      歪み検知機
４１      動力線
４２      電流計
４３      弁体位置検出手段
４４      ドライブスリーブ
４４ｅ    上端
４５      通孔
４５ａ    通孔
４５ｂ    スプライン孔
４５ｃ    雌ネジ
４５ｄ    縮径段部
４６      縮径段部
４７      スプライン軸
４８      ロックナット
４８ａ    拡径雄ネジ
４８ｂ    通孔
４８ｃ    筒部
４８ｄ    逆雄ネジ
４９      締付けナット
４９ａ    逆雌ネジ
４８ｆ    円周溝
４８ｅ    孔
５０      歪みセンサ
Ｆ         弁操作力    [ Ｎ ]
ＦC        弁を閉じる時の操作力    [ Ｎ ]
ＦO        弁を開く時の操作力    [ Ｎ ]
ＦΔP       弁体前後の差圧に関する弁体・弁座面摺動抵抗    [ Ｎ ]
ＦP        弁内圧に関する弁棒押上げ力    [ Ｎ ]
ＦR        パッキン摺動抵抗力    [ Ｎ ]
ΔＰ       流体前後の差圧    [ Ｐａ ]
Ｐ3        弁内圧    [ Ｐａ ]
ＦA        弁全開付近における操作力が安定している区間の弁を閉じるときの操作力                [ Ｎ ]（測定値）
ＦB        非常時に想定される設計操作力    [ Ｎ ]
Ｄ         弁棒断面積    [ ｍ2 ]
ｋ         弁固有の係数
Ｒ         グランドパッキンの摩擦係数
Ｐ0        パッキン締付面圧    [ Ｐａ ]
μ         シート面の摩擦係数
ｄ1        弁棒径    [ ｍ ]
ｄ2        弁座当たり面外形    [ ｍ ]
Ｄ2        弁座当たり面の面積    [ ｍ2 ]
Ｎ         パッキン有効リング数
ｈ         パッキン１リング当たりの高さ    [ ｍ ]
ＴS        設定トルク    [ Ｎｍ ]
【図１】
0005230981.tif 000002
【図２】
0005230981.tif 000003
【図３】
0005230981.tif 000004
【図４】
0005230981.tif 000005
【図５】
0005230981.tif 000006
【図６】
0005230981.tif 000007
【図７】
0005230981.tif 000008
【図８】
0005230981.tif 000009
【図９】
0005230981.tif 000010
【図１０】
0005230981.tif 000011
【図１１】
0005230981.tif 000012